臉書實驗室發(fā)表光感測器概念 未來LED光通訊可望更迅速

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2016-08-03

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　　今日的高速有線通訊網(wǎng)絡使用雷射傳送資訊到光纖，但是無線網(wǎng)路目前使用無線電或微波通訊。

　　現(xiàn)代科技可能實現(xiàn)透過光線進行無線通訊，例如目前已有利用LED燈可見光進行網(wǎng)路資訊傳輸?shù)膶嵗�。Facebook Connectivity Lab研究人員展示了概念性的成果，偵測大氣中的光通訊訊號。

　　臉書團隊在投稿光電領域國際重要期刊Optica時，形容這項新科技能夠為未來快速的光學通訊網(wǎng)路奠基，傳送網(wǎng)路服務到偏遠地帶。

　　臉書的實驗室發(fā)展的科技目的在于為目前無法取得網(wǎng)路的全球約40億人提供經(jīng)濟實惠的網(wǎng)路服務。研究團隊主持人Tobias Tiecke表示：“有很高比例的人口目前仍無法享受到網(wǎng)路的方便，戶外照明，主要是因為無線通訊的基礎設施無法觸及，這些地區(qū)大多為世界各地的偏遠地帶。”我們正在發(fā)展的通訊技術用意即在觸及這些住處與世隔絕的居民。

　　光通訊也叫做自由空間光通信(free-space optical communications)，用不同以往的技術提供網(wǎng)路給光纖以及行動通信基地臺難以觸及的地區(qū)，是一種經(jīng)濟上較為實惠的方法。使用雷射光輸送資訊到太空可能提供非常大的頻寬以及資訊傳輸量，但是有一個主要的挑戰(zhàn)，恒光電器，那就是如何確切地將一個非常小的傳輸用雷射光指向一個距離遙遠、同樣很微小的光感測器。

　　在新的研究中，恒光電器，臉書研究人員提出了一個解決辦法，他們不使用傳統(tǒng)的光纖而是使用熒光材料來聚光并且將光線收聚于小型光感測器。搭配使用這個面積126平方公分的集光器表面，收集來自所有方向的光線，ROSH認證，同時使用現(xiàn)有的電信技術達成2Gbps的資訊傳輸量。

　　Tiecke表示:“我們用熒光光纖吸收一種顏色的光并發(fā)射出另一種光色。光纖所吸收到的光來自四面八方，其所發(fā)射的光通過光纖，室外照明，將光收聚成非常小的單位并快速通過光感測器。”

　　高速通訊對高速感測器的需求

　　高速的自由空間光通訊網(wǎng)絡需使用高速的光感測器來接收雷射光以輸送訊息。但是傳輸速度必須要平衡且符合尺寸；盡管較大的接收器對于接收光線或雷射光是較顯目的標的，但是體積越大偵測速度也就越慢。

　　要追蹤光感測器的位置可以使用一系列的光學以及機制，并發(fā)出指令讓光感測器瞄準雷射光，國內(nèi)資訊，但是這些方法讓整個流程顯得有些復雜。新的光感測器使用含有有機染料例子的塑膠光纖吸收藍光并發(fā)出綠光。這樣的設定成功取代了過去用來導引光線到收集區(qū)域的傳統(tǒng)光學和動作平臺Tiecke表示：“熒光光纖能夠發(fā)射與其所吸收不同顏色的特性也同時具有讓更大亮度進到系統(tǒng)的優(yōu)勢。這個方法一直用于太陽能的集光器，不過太陽能集光器的光色傳輸速度不是重點。我們發(fā)現(xiàn)相同的概念也能夠應用在通訊上，解決導引以及追蹤光線的困難，建筑照明，同時保持高速傳輸?shù)膬?yōu)勢。”

　　以光通訊應用而言，從藍光被吸收到轉換成綠光所需的時間不到2奈秒(十億分之二秒)，LED照明企業(yè)，因此速度上符合需求。除此之外，使用正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)，口碑，盡管頻寬只有100MHz，研究人員能夠傳輸大于2Gbps的資訊量傳輸量。正交分頻多工是一種數(shù)位調(diào)變技術，讓多載波傳輸?shù)馁Y訊能夠同時傳輸。盡管普遍用于有線、無線通訊，但很少用于雷射通訊。

　　“我們能夠使用本來并非用于資訊傳輸?shù)牟牧希?a href="http://www.czyajie.com/bangong.html">廠房照明，還達成如此大量的資訊傳輸。團隊希望能夠拋磚引玉吸引更多人對發(fā)展這些材料的興趣，恒光，為通訊量身訂做適合的材料。”

　　若研發(fā)出來的材料是對應到紅外線波長，則人眼就看不到這些光線，但是紅外線速度能夠比藍、綠光還要快速。新的方法理論上能夠讓自由空間光通訊提升至超過10Gbps。

　　收集來自四面八方的光線

　　在國際知名期刊Optica中，研究人員展示了燈泡形狀的光感測器。這個光感測起由一連串的熒光光纖所制成。盡管也可以做成其他形狀，戶外照明，設計，但是燈泡形狀能夠提供非常大的頻寬和全方向的感測，也就代表能夠讓四處移動的行動裝置也能夠偵測到訊息。

　　研究人員也展示了幾何形能夠收集到的光線高達126平方公分，讓其對排列的敏感度較低。我們的感測器收集到相同的能量，同時也獨立發(fā)送同等能量的訊號。研究團隊也正在計劃將技術制作成一個初期圓形， led服裝照明，能夠進行實測。Tiecke表示:“我們正在研究商用化產(chǎn)品的可能性，這是一個非常新的系統(tǒng)，且未來還有很多發(fā)展空間。”

　　研究原文:

　　T.Peyronel,K.J.Quirk,S.C.Wang,T.G.Tiecke,"A Luminescent Detector for Free-Space Optical Communication,"Optica,3,7,787(2016).DOI:10.1364/optica.3.000787

　　(編譯：LEDinside編輯，張雅涵)

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